north european power perspectives

Transkript

1 north european power perspectives På väg mot en elförsörjning baserad på enbart förnybar el i Sverige En studie om behovet av reglerkraft Lennart Söder NEPP internal report 212

2

3 På väg mot en elförsörjning baserad på enbart förnybar el i Sverige En studie om behovet av reglerkraft Version 1. Lennart Söder Professor i Elektriska Energisystem, KTH, lennart.soder@ee.kth.se

4 1. Inledning Sveriges nuvarande elförsörjning Energibalanser Effektbalanser Prissättning av el... 8 Prissättning av vattenkraft... 8 Koppling mellan drift och prissättning Elhandel Energimöjligheter Vattenkraft Vindkraft Sol el Andra tekniker för förnybar produktion och balansering Energi och effektbalanser vid 55 TWh vind + sol kraft Energibalans varaktighetskurvor Effektvariationer Effektbalanser Andra rapporter om integration av större mängder variabel förnybar energi Svenska Kraftnäts rapporter från 28 och Kungliga Vetenskapsakademiens Energiutskott Detaljerade vattenkrafts simuleringar vid KTH Slutsatser Referenser Litteraturförteckning... 33

5 1. Inledning Det finns i såväl Sverige som i andra länder en diskussion om att öka mängden förnybar el. European Commission har t ex ett framtids scenario för Energy Roadmap 25 som består av 97 procent förnybar energi (European Commission, 211). Syftet med denna rapport är att ge en kvalitativ förståelse om det förändrade behovet av reglerkraft vid en mycket större andel variabel förnybar elproduktion än idag. Detta är en första upplaga där möjligheterna att integrera 45 TWh vindkraft och 1 TWh solkraft studeras. I rapporten visas att trots en mycket större andel variabel förnybar kraft så sker inga dramatiska förändringar av behovet av reglerkraft jämfört med idag, dvs kraftsystemets förmåga att följa med nettoförbrukningen från timme till timme. Nettoförbrukningen avser [förbrukning] [vindkraft+solkraft] dvs den förbrukning som övriga kraftverk, inom eller utom landet, ska klara av. Anledningen är att vindkraftens variation från timme till timme är relativt liten, under ca 1% av installerad effekt, medan elförbruknings variation är betydligt större. En mer detaljerad studie, där upp till 3 TWh vindkraft har studerats och vattenkraften studerats på älv och aggregat nivå, ger liknande resultat, dvs inga dramatiska förändringar av behovet av reglerkraft. En annan aspekt av reglerkraft är förmågan att klara den högsta elförbrukningen i ett system med mycket variabel elproduktion, ofta benämnd högeffektreserver. I rapporten visas att den generella slutsatsen är att storleksordningen i kostnad för att klara denna utmaning är på nivån noll eller enstaka ören per kwh. En grundläggande fråga är då vad som menas med enbart förnybara energikällor. Frågeställningen uppstår eftersom Sverige är en del i det Nordiska elsystemet som i sin tur är en del i det Europeiska elsystemet som i sin tur är kopplat till såväl Afrika (Spanien Marocko) som Ryssland (till Ural bergen via Finland och Baltikum). I hela detta elsystem finns en kontinuerlig handel mellan länder och regioner. Vad som här avses med enbart förnybara energikällor är att elproduktionen per år från förnybara elenergikällor i Sverige ska motsvara elkonsumtionen i Sverige per år. Detta kan dock innebära att vid vissa tillfällen exporteras el, och vid andra tillfällen importeras el. Om man skulle ställa kravet att ingen el får importeras om den inte kommer från förnybara energikällor så förbjuder man därmed elhandel eller också får man studera enbart förnybara energikällor i Europa, Nordafrika och Ryssland bort till Uralbergen. Den systemgräns som här valts är därmed årsstatistik. Detta innebär dock inte att frågan om effektbalans försummas. De storheter som kommer användas är för elenergi TWh terawattimmar = miljarder kwhkilowattimmar, och för eleffekt MW megawatt = en miljon Watt. Om 1 MW används/produceras under en timme motsvarar det energimängden 1 MWh, Megawattimme. 1 TWh = 1 miljon MWh. 2. Sveriges nuvarande elförsörjning 2.1. Energibalanser Den svenska energiförsörjningen har under de senaste 2 åren byggt på en stor andel vattenkraft och kärnkraft. På senare år (29 211) har dock kärnkraften producerat på en lägre nivå än tidigare. Vattenkraftens årsproduktion varierar mellan olika år beroende på tillrinningen från regn och snösmältning, samt beroende på hur mycket vatten som sparas mellan olika år. Den normala vattenkraftsproduktionen baserat på beräkningar med underlag för tillrinningarna ) är

6 65,5 TWh och lagringskapaciteten i de svenska vattenkraftsmagasinen är 33 TWh (Svensk Energi, 211). Tillrinningen från regn och snösmältning varierar dock och extremvärden har varit 55 TWh (1996 torrår ) och 79 TWh (21 våtår ). Vid torrår använder man normalt mer av vattnet sparat från året innan och under våtår så sparar man mer till nästa år. Detta gör att elproduktionen inte varierar lika mycket som tillrinningen mellan olika år. Förutom vattenkraft och kärnkraft finns i Sverige elproduktion inom industrin (så kallat industriellt mottryck) som i kraftvärme (man producerar elkraft och fjärrvärme samtidigt). I vissa extrema situationer används också elproduktion i oljeeldade kraftverk (Karlshamn) och i gasturbiner (också fossilbränsle). Vindkraften har ökat under de senare åren genom att fler vindkraftsverk byggs. Även vindkraften varierar mellan olika år, på grund av olika väder, men dessa variationer är något mindre än vattenkraftens variation mellan olika år. Elkraft från solceller är mycket liten i Sverige, men i t ex Tyskland har det varit en mycket stor expansion under senare år. Tabell 1 visar elproduktionen i Sverige under de senaste åren Kraftslag Vattenkraft [TWh] 65,3 66, Kärnkraft [TWh] 5 55, Vindkraft [TWh] 2,5 3,5 6,1 4 Kraftvärme bio+avfall [TWh] 5,5 6,5 5,5 5 Kraftvärme olja, kol, gas [TWh] 3,8 5,9 3,9 6 Industrimottryck bio [TWh] 5,5 5,8 5,5 7 Industrimottryck olja, kol, gas [TWh],4,4,9 8 Kondens olja [TWh],7,5 1 9 Total elproduktion [TWh] 133, ,9 Andel förnybar elproduktion [procent] 58,9% 57,% 56,6% Import (+), export ( ) 4,7 2,1 7,2 Total konsumtion 138,4 147,1 139,7 Tabell 1 : Elenergiproduktion fördelat på kraftslag (Svensk Energi, 211) Andelen förnybart beräknas som den andel av total produktion som kommer från vattenkraft, vindkraft och biobränslen, dvs (rad )/(rad 9) Effektbalanser I ett elsystem hålls i praktiken en kontinuerlig balans mellan produktion och konsumtion. Det finns ingen egentlig lagring i själva nätet utan så fort som konsumtionen ökar så finns det system som gör att också produktionen ökar exakt lika mycket. Samma system (den så kallade frekvensregleringen) gör att en ökning av vindkraftsproduktionen direkt medför minskning i annan produktion (i Sverige vattenkraft) om elförbrukningen antas konstant. Ibland används uttryck som elbrist eller elöverskott, men dessa termer är inte tekniska (i fysiken är det omöjligt med konsumtion utan produktion) utan snarare ekonomiska, där elbrist avser att

7 någon vill förbruka el, men det finns ingen kapacitet, medan elöverskott avser att det finns kraftverk som egentligen inte borde byggts då de inte används på ett rationellt sätt. Det är en utmaning att komma fram till hur man ska få in tillräckligt med kapacitet i ett elsystem så att man mycket sällan behöver koppla bort kunder (som egentligen vill fortsätta konsumera). Utmaningen i det nordiska systemet är kopplat till extrema väderlekar (mycket kallt under längre tid) som gör att elvärmda hus i stora delar av Sverige samtidigt används på hög nivå. Utmaningen är också kopplad till el tillgången i grannländerna, dvs om de samtidigt har hög elförbrukning och om deras möjligheter att exportera till Sverige under dessa tillfällen. I Sverige är dessa situationer mycket ovanliga (några timmar och inte vartenda år), vilket gör att man måste ha tillgång till effekt som nästan aldrig används. Om man, till exempel, bygger en gasturbin som enbart används 5 timmar varje år så är kostnaden för elproduktionen i detta kraftverk 6 kr/kwh. Det är bland annat detta som medfört att man idag har ett stort intresse av att få till ett system så att kunder kan få betalt om de minskar konsumtionen. Om man t ex stänger av sin elpanna (5 kw) under den timme när gasturbinen annars behövts så sparar men en kostnad om 3 kr för elsystemet. Det finns många som är beredda att minska sin elkonsumtion, eventuellt med ett automatiskt system, om man får den ersättningen. Flera studier har gjorts för Sverige gällande detta, se t ex (Fritz, 26) För att hantera extrema situationer och förhindra att elkunder ofrivilligt kopplas bort, har vi i Sverige infört ett speciellt system, den så kallade Effektreseren, vilket bland annat inneburit en speciell lagstiftning (Svenska Kraftnät, 212). Enligt denna upphandlar Svenska Kraftnät inför varje vinter maximalt 175 MW kapacitet, vilket kan vara såväl kraftverk som frivillig (betald) minskning av konsumtionen. Denna upphandling innebär att de som kontrakteras får en fast ersättning för vintern, till skillnad från andra elproducenter som enbart får betalt då de producerar. I Tabell 2 sammanställs hur de senaste effekttopparna hanterats. Det kan påpekas att man i denna statistik studerar energi per timme [MWh per timme], motsvarande genomsnittseffekt [MW] per timme. Vilka kraftverk som används en given timme bestäms av deras tillgänglighet (de måste fungera) och det pris de önskar få betalt för att köra (är kravet högre än verkligt pris körs inte Kraftslag Installerad effekt [MW] 21 dec [MW] 8 jan [MW] 22 dec [MW] 23 feb [MW] Förbrukning Vattenkraft Vindkraft Bio+avfall 3195 Fossilt bränsle Kärnkraft Effektreserv Prod. + kons. Ja i SE4 Ja Ja låg nivå Nej Totalt: Import Norge Import Danmark Import Finland Import Tyskland Import Polen 6 Total import:

8 Tabell 2 Installerad effekt från (Svensk Energi, 211), Last och produktions data från (Svenska Kraftnät, ), Import data från (Nordpool spot, ) kraftverket). Mer om prissättning i avsnitt 2.3. De timmar som sammanställs nedan är de timmar som haft högst förbrukning per kalenderår. Det kan påpekas att ibland finns istället statistik för högst elförbrukning per vinter, vilket ibland ger andra tidpunkter. I verkligheten måste effektbalans upprätthållas varje timme (och sekund) vilket gör att tabellen enbart visar på vissa speciella situationer. Toppkonsumtionen är viktig, speciellt när det gäller hur mycket effekt som måste finnas tillgängligt, antingen som produktion inom landet eller som import utifrån. Det kan också finnas möjligheter att minska elkonsumtionen med olika åtgärder. Det är dock inte bara toppförbrukningen som är intressant utan även generellt hög förbrukning samt hur lång tid förbrukningen är på hög nivå. Ett sätt att beskriva detta är med en varaktighetskura. Denna visar hur lång tid en viss nivå överskrids. I Figur 1 visas en varaktighetskurva för svensk elförbrukning år 211. Denna kurva erhålls genom att man tar alla elförbrukningsnivåer under året och sorterar dem i fallande ordning. Den visar, till exempel, att den högsta elförbrukningen var MW och den lägsta var 8884 MW. Av figuren framgår också att under 1 timmar var elförbrukningen högre än 2468 MW. Detta innebär, till exempel, att om man har tillgång till 2468 MW hela året så behöver man mer effekt (import eller annan produktion) under 1 timmar. 3 x MW effekt i MW Antal timmar då effektnivån överstigs Figur 1 Varaktighetskurva för elförbrukningen i Sverige 211 Förutom toppförbrukning (Tabell 2) och hur vanlig en situation är (Figur 1), så måste kraftsystemet även klara av att hantera förändringar. Det innebär att när elförbrukningen ökar eller minskar så måste vissa kraftverk följa med så att produktion = konsumtion i varje ögonblick. Exempel på detta visas i Figur 2.

9 Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial förbrukningsnivå [MWh/h] x Initial förbrukningsnivå [MWh/h] x1 4 Figur 2 Ändring av elförbrukning i Sverige under 211 under 1 timme (vänster) respektive 4 timmar (höger). Data från (Svenska Kraftnät, ) I Figur 2 visas samtliga effektändringar för 211 för 1 respektive 4 timmar i form av punkter. Den vänstra figuren visar att förbrukningsökningen under en timme var mindre än 2 MW under 95 procent av tiden medan förbrukningsminskningen under en timme var mindre än 1 MW under 95 procent av tiden. Under 4 timmar är motsvarande data ca 5 MW för ökningar och 4 MW för minskningar. Avseende 4 timmars ändringar så framgår att stora ökningar inte är vanliga vid hög elförbrukning, vilket är naturligt, och att större minskningar inte heller är vanliga vid låga nivåer. Detta har betydelse för vilka marginaler man behöver ha vid driften av kraftsystemet. För det svenska systemet kan nämnas att vattenkraftsproduktionen är ca 65 TWh/år motsvarande en genomsnittseffekt om 74 MW. Vattenkraftverk kan ändra sin produktion inom 5 1 minuter vilket gör att dessa kraftverk är mycket flexibla. En möjlig begränsning som alltid måste beaktas är den hydrologiska kopplingen där vatten från ett kraftverk kommer fram till nästa inom en viss tid och då måste det finnas utrymme i det magasinet. En annan relevant fråga är hur länge som effekttoppar varar. I dagsläget är frågan inte så central, men i en framtid då man kan klara kortare effekttoppar genom flexibel elförbrukning och/eller lagring, så spelar längden på effekttopparna roll. För de data som analyserats här, dvs svenska elförbrukningen 211 gäller längd på effekttoppar enligt Figur 3. Den högsta elförbrukningen under 211 var MWh/h.

10 x nivå på effekttopp [MWh/h] längd på effekttopp [h] Figur 3: Utseende på effekttoppar under 211 som funktion av tiden. Figuren visar, till exempel, att den längsta effekttoppen över 245 MW varade i 6 timmar Prissättning av el Producenterna av el behöver intäkter för att kunna finansiera drift av och reinvesteringar i sina kraftverk. Prissättningen i Sverige går till på följande sätt. Vi utgår från en viss timme, kl Dagen innan, senast kl 12, ska kraftbolagen lämna in ett bud för hur mycket de vill ha betalt i kronor per MWh produktion. För kraftverk som drivs med bränsle (kärnkraft, kraftvärme) ligger budet ofta i nivå med driftskostnaden, dvs de vill åtminstone ha betalt för bränslet. För vattenkraft, se nedan. För Sverige måste man ange vilket delområde i Sverige som budet avser. Det finns fyra områden i Sverige. 2. Svenska Kraftnät och motsvarande organisationer i våra grannländer har innan 12. gjort en uppskattning av hur mycket el som kan transporteras mellan de olika svenska områdena, samt till/från grannländer för den givna timmen. 3. De som säljer el i de olika områden skickar in sina bud på vad de är beredda att betala för att köpa el. Normalt ligger det så högt så att de får det som de efterfrågat. 4. För varje område i Sverige sätts sedan ett pris. Priset sätts på en nivå så att produktionen blir lika stor som konsumtionen i varje område. Vad gäller mellan områden så går alltid elen från ett område med lågt pris till ett område med samma eller högre pris. Detta är den huvudsakliga prissättningen för närvarande. En konsekvens av denna metod är att såväl produktion som konsumtion bygger på prognoser för vad man tror behövs flera timmar in i framtiden. Detta gör att man måste ha andra system för att justera för dessa förändringar. Dessutom är ju inte konsumtionen konstant inom varje timme. Som framgår i Figur 2 så kan ju konsumtionen ändras med 2 MW mellan olika timmar och balansen måste hålla kontinuerligt. Prissättning av vattenkraft Vattenkraft har en direkt driftskostnad som är mycket låg. Vattnet är i princip gratis. Vatten kan dock lagras i magasin. I Sverige har vi en total magasinskapacitet om ca 33,7 TWh (Svensk Energi, 211). Detta innebär att ägarna till vattenkraftverken kan välja när vattnet ska användas, dvs vid ett visst

11 tillfälle eller sparas till senare. Om vi tar situationen ovan, dvs en viss dag kl När vattenkraftsägarna väljer vilket pris de vill ha för sin vattenkraft så är alternativet till att sälja det just denna timme att spara det till framtiden. Om man tror att man kan sälja det sparade vattnet en vecka senare och då få 4 kr/mwh (= 4 öre/kwh) så vill man åtminstone få samma pris om man ska sälja det just denna timme. Detta innebär att prissättningen av vattenkraft beror på: a) Möjligheter att spara vatten, vilket beror på tillrinning och utrymme i magasinen b) Elpriset i framtiden i den situation som man sparar vattnet till Båda dessa faktorer är osäkra vilket gör att olika bolag kan göra olika bedömningar. Dessutom varierar förutsättningarna beroende på vårflod, kall vinter, regnig höst etc vilket medför att priset på vattenkraft varierar stort över året och mellan olika år. Det kan påpekas att företagen prissättning av vattenkraft i princip inte står i motsättning till ett samhällsekonomiskt utnyttjande av vattnet! Vid mycket höga elpriser används normalt bränsleeldade kraftverk med mycket höga driftskostnader någonstans i elsystemet, normalt inte i Sverige utan i våra grannländer. Ur ekonomisk synvinkel är det bra att man minskar användningen i dessa kraftverk och det är därmed bra att man så mycket som det är möjligt sparar vatten till dessa tillfällen. Det bästa är därmed att använda vattenkraften när elen är som dyrast vilket dagens prissättningsmekanism bör ledan till. Det kan dock tilläggas att när man studerar ett visst år i efterhand så har vattenkraftägarna nästan alltid gjort fel, dvs de har t ex sparat för mycket vatten från höst till vår (ger högre priser på hösten) eller för lite (ger högre priser på våren). Man måste dock beakta att detta just är en efterhandsanalys, och det är inte lätt att avgöra vad som är strategiskt beteende och vad som berodde på att man trodde fel. Koppling mellan drift och prissättning Elförbrukningen varierar kontinuerligt. Detta medför att elproduktionen också måste variera på samma sätt. Ska producenterna producera mer vid ett visst tillfälle måste därmed priset vara högre vid detta tillfälle. Detta göra att priset i princip följer med i takt med konsumtionsändringen. Hög konsumtion motsvarar högt pris och låg konsumtion motsvarar lågt pris. Det finns dock stora mängder vattenkraft i Sverige och grannlandet Norge. Det gör att vattentillgången får en central betydelse på veckomedelvärdet på elpriset. Mycket vattentillgång går att man inte behöver den dyrare bränsledrivna kraften vilket ger lägre pris. Av stor betydelse är även elhandeln mellan olika områden och länder. Om elpriset är högre i Tyskland än i Sverige under en given timme så säljer man så mycket som möjligt till Tyskland. Om elpriset, å andra sidan är lägre i Tyskland så importerar Sverige istället under den timmen. Detta system måste beaktas när man studerar tabell 2 ovan, dvs hur elsystemet och dess resurser utnyttjades vid en hög elförbrukning. Att Sverige importerar betyder att import var den billigaste lösningen vid detta tillfälle, dvs billigare än att använda ytterligare svenska kraftverk. Kan också tilläggas att 23 feb 211, 8 9 så exporterades 235 MWh till Finland samtidigt med hög elförbrukning i Sverige. Elhandeln ger ett mer utjämnat pris mellan olika områden och gör att man kan dela på resurser. Alla länder behöver inte ha kapacitet att klara alla interna extrema situationer eftersom dessa inte inträffar exakt samtidigt i alla länder.

12 2.4. Elhandel Sverige har en relativt stor möjlighet att handla med grannländerna. Som framgår av Tabell 2 har Sverige en import kapacitet om 9685 MW, och ungefär lika stor exportmöjlighet. Hur denna handelmöjlighet utnyttjas beror på elpriset i Sverige och i grannländerna. Elen flyter från områden med lägre pris till högre pris, eller mellan områden med samma pris och då från områden med överskottsproduktion till områden med underskottsproduktion. I Figur 4 visas ett exempel på vilken elhandel Sverige hade med grannländerna under Import till Sverige [MW] Export från Sverige [MW], år 211 Figur 4 Elhandel mellan Sverige och grannländerna under 211 (Nordpool spot, ) Varje punkt i Figur 4 visar en specifik timme, dvs hur mycket import och export det var under varje timme. Från figuren framgår att det ofta är både import och export. Det finns ett par timmar utan export, men endast en med ingen import. Den genomsnittliga mängden el som transporteras genom Sverige (dvs minimum av export och import) var under MW, motsvarande 12,3 TWh energi som transporterades genom Sverige. 6 4 Elhandel per timme [MW] Antal timmar som handeln överskreds [h], år 211 Figur 5 Varaktighetskurvor för export (översta kurvan), import (kurvan i mitten) och nettoimporten (nedersta kurvan) för Sverige, år 211. (Nordpool spot, )

13 Ett annat sätt att visa på elhandeln är att studera varaktighetskurvor, där man kan se hur vanligt olika nivåer på import och export är. Under 211 var exporten högre än importen, dvs nettoimporten var huvudsakligen negativ, se Figur 5. Nettohandeln varierar mellan olika år. I Figur 6 visas varaktighetskurvor för nettoimporten för tre olika år. Under 29 (översta kurvan) var det nettoimport på årsbasis medan det under 28 och 29 var nettoexport på årsbasis. 6 4 Elhandel per timme [MW] Antal timmar som handeln överskreds [h] Figur 6 Varaktighetskurvor för nettoimport för Sverige för 28 (mitten), 29 (överst) och 211 (nederst), (Svenska Kraftnät, ) För att kunna balansera förbruknings och andra variationer (t ex från vindkraft) i Sverige och i grannländerna så ändras elhandeln från timme till timme. Hur stora dessa förändringar är kan visas i grafer på samma sätt som visades i Figur 2 för elförbrukningen Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 1 timme [MWh/h] Initial netto-import [MWh/h], Initial netto-import [MWh/h], 29 Figur 7 Ändring av nettoimporten till Sverige under 28 under 1 timme (vänster) och 29 (höger). Data från (Svenska Kraftnät, ) Figur 7 visar hur nettoimporten till Sverige ändrades inom en timme för de två åren 28 och 29. Figur 8 visar motsvarande för ändringar inom 4 timmar.

14 Ändring inom 4 timmar [MWh/h] 1-1 Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial netto-import [MWh/h], Initial netto-import [MWh/h], 29 Figur 8 Ändring av nettoimporten till Sverige under 28 under 4 timmar (vänster) och 29 (höger). Data från (Svenska Kraftnät, ) 3. Energimöjligheter 3.1. Vattenkraft Vattenkraften bidrar till en stor del av Sveriges Energiförsörjning. Produktionen varierar mellan olika år beroende på nederbörd och hur mycket som sparas mellan olika år. Den installerade effekten är MW (se Tabell 2), men det är inte så vanligt att den installerade effekten används av olika anledningar. I Total vattenkraft [MW] Total vattenkraft [MW] Vatteneffektens varaktighet = hur lång tid viss nivå överskrids [h]: Vatteneffektens varaktighet = hur lång tid viss nivå överskrids [h]: 211 Figur 9 visas varaktighetskurvor för hur vattenkraften användes i Sverige under 28 och 211.

15 Total vattenkraft [MW] Total vattenkraft [MW] Vatteneffektens varaktighet = hur lång tid viss nivå överskrids [h]: Vatteneffektens varaktighet = hur lång tid viss nivå överskrids [h]: 211 Figur 9 Varaktighetskurva för vattenkraftsproduktionen under 28 (vänster min=1875 MW, max=12951 MW) och 211 (höger min=2546 MW, max=12839 MW). Data från (Svenska Kraftnät, ) Som framgår av Figur 9 så har för dessa två år effekten varierat mellan ca 2 och 13 MW. Vattenkraften är det kraftslag i Sverige som varierar mest och används för att balansera produktion och konsumtion. Skälet till att just vattenkraften används är att övriga kraftverk (huvudsakligen kärnkraft, kraftvärme, vindkraft och industriellt mottryck) har lägre marginalkostnad än elpriset och pga detta vill man därför av ekonomiska skäl använda dessa kraftverk så mycket som det går. Vattenkraftens variation kan också, på samma sätt som för elförbrukningen, beskrivas med hur vanligt olika ändringar är, se Figur Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 1 timme [MWh/h] Initial vattenkraftsnivå [MWh/h]: Initial vattenkraftsnivå [MWh/h]: 211 Figur 1 Ändringar av vattenkraftens produktion inom en timme för 28 (vänster) och 211 (höger). Data från (Svenska Kraftnät, ) Som framgår av dessa figurer så användes vattenkraften mer för snabbare reglering under 28 (upp till ca +35 MW mellan två timmar), medan den maximala ökningen under 211 var ca 25 MW mellan två timmar. Motsvarande data för ändringar inom 4 timmar visas i Figur 11.

16 Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial vattenkraftsnivå [MWh/h]: Initial vattenkraftsnivå [MWh/h]: 211 Figur 11 Ändringar av vattenkraftens produktion inom fyra timmar för 28 (vänster) och 211 (höger). Data från (Svenska Kraftnät, ) Även för fyra timmarsreglering var ändringen något högre för vattenkraften under 28 (ca +7 MW) medan ändringen under 211 var upp till ca +6 MW Vindkraft Ett vindkraftverk producerar el från vinden. Energin som tas upp kommer från den rörelseenergi som finns i vinden. När man tar ut energin minskar vindhastigheten, dvs det blåser mindre på läsidan av vindkraftverket än på lovartsidan där vinden kommer ifrån. Det är inte tekniskt möjligt att ta ut all energi ur vinden eftersom det skulle innebära att det är vindstilla på läsidan av vindkraftverket. Man kan visa att man maximalt kan ta ut 59 procent av energin i vinden i ett vindkraftverk (Betz lag). Figur 12 visar hur mycket energi man kan få ut från ett visst vindkraftverk (Magnusson, 24) samt hur mycket energi som teoretiskt (beaktat 59 procent möjligt) går att få ut från vinden Möjlig produktion effekt [procent] Vindkraftverk vindhastighet [m/s] Figur 12 Vind effektfunktion för ett vindkraftverk

17 Som framgår av figuren så tar man ut så mycket som möjligt upp till ca 11 m/s. Därefter begränsas produktionen. Detta sker genom att man flöjlar bladen. Mellan ca m/s får man maximal effekt. Orsaken till att man gör detta är att man annars måste bygga kraftigare generator och maskiner så att mer effekt kan erhållas. Samtidigt så är vindar över m/s mycket ovanliga så man gör en ekonomisk bedömning av vilken effektnivå som är lämplig för en given vindturbin, dvs en given längd på bladen. Figur 12 visar också en streckad kurva där man halverar den maximala effekten i vindkraftverket genom att flöjla bladen redan vid ca 9 m/s. Konsekvensen av detta blir a) man får ut mindre energi, b) man får oftare maximal effekt. Av detta framgår tydligt att man inte kan värdera ett vindkraftverk efter hur ofta man får maximal effekt. I praktiken innebär en mycket lång tid med maximal effekt att man oftare flöjlar bladen, dvs man spiller vindenergi eftersom den inte används. Vindkraften har ökat i Sverige under de senaste åren. Tabell 3: Vindkraftens utveckling i Sverige ,, visar utvecklingen under de senaste 8 åren. År Årsenergi (TWh),9,9 1, 1,4 2, 2,5 3,5 6,1 Installerad effekt 31 dec [MW] Tabell 3: Vindkraftens utveckling i Sverige , (Energimyndigheten, 212), (Svensk Energi, 211) För framtiden finns en mycket stor potential för vindkraften. I (Svensk Energi, 211) framgår att: Svensk Energi gjorde en egen investeringsenkät år 28 som visade på en total investeringsvolym om 3 miljarder kronor fram till år 218 under förutsättning att vindkraften fortsätter att byggas ut till nivån cirka 17 TWh år 22. Vindkraften står för cirka en tredjedel av den totala volymen. Svenska Kraftnät gjorde en sammanställning med en viss uppdatering 212. Både on shore och några off shore ingick. En grov uppskattning var att ca hälften av projekten då var i stadiet indikation/scanning, det allra tidigaste stadiet. Siffran blev 45 MW och omfattar vindkraftprojekt som SvK, Vattenfall, Fortum och E.ON antingen redan har anslutet eller fått förfrågningar om. Med förfrågningar avses allt ifrån lösa frågor till regelrätta anslutningsansökningar. Energimyndigheten har tagit fram ett planeringsmål 3 TWh vindkraft i Sverige år 22 (Energimyndigheten, 27) Det kan nämnas att om man tar Svenska Kraftnäts sammanställning så innebär nivån 45 MW ca 1 TWh i årsproduktion från vindkraften. Om man antar att hälften av detta blir av så motsvarar det 5 TWh/år. Nivån innebär att om man i Sverige, t ex, skulle införa ett fastprissystem och betala ca 1 kr/kwh skulle produktionen bli mycket stor, säkert över 5 TWh. Men i dagsläget har Sverige ett elcertifikatsystem vilket medför att om det byggs mer än vad certifikatsystemet är gjort för så kommer certifikatspriset att bli mycket lågt vilket kraftigt skulle försämra ekonomin för vindkraftsbolagen.

18 För analys av vindkraften i denna rapport har här använts de data som finns presenterade i rapporten (Magnusson, 24). Resultatet av studien utgörs av tidsserier av effektproduktionen för 56 vindkraftsanläggningar i Sverige baserat på tänkta geografiska placeringar. Huvudscenariot, vilket används här, är 4 MW vindkraft fördelat över hela landet. Detta ger som genomsnitt en elproduktion per år om ca 1 TWh. Från denna rapport kan man ta fram elproduktion per timme för dessa 4 MW för åren Vindkraftverket som används i rapporten har vind effekt kurva enligt Figur 3. Studien bygger på verkliga vinddata från så den ger en realistisk bild av hur vindkraften skulle kunna variera. År 1992 har här valts då det ger en årsproduktion som ligger nära 1 TWh: 1,2 TWh. Vinden varierar kontinuerligt och eftersom elproduktionen varierar med vinden enligt Figur 12 varierar också elproduktionen. Figur 13 visar varaktighetskurvan för vindkraften enligt data beskrivna ovan, dvs 4 MW vindkraft spritt över hela Sverige för året Total vindkraft [MW] Vindeffektens varaktighet = hur lång tid viss nivå överskrids [h]: 1992 Figur 13 Varaktighetskurva för vindkraft i Sverige. Baserat på vinddata för 1992 Maximal produktion blev 388 MW. Nivån 3 MW överskred under 488 timmar, dvs under 5,6 procent av året. Lägsta nivån var,5 MWh/h och inträffade 18 maj kl 2 3. Av intresse för kraftsystemet är hur vindkraften samvarierar med elkonsumtionen. Utmaningen är att klara den övriga produktionen på ett säkert sätt, dvs skillnaden mellan elkonsumtion och vindkraft, den så kallade netto produktionen = elförbrukning vindkraft. Om man antar att man har 211 års konsumtion och 1992 års vindkraftsproduktion kan man beräkna detta. Det kan tilläggas att i dessa beräkningar har vindkraftsproduktionen den 29 februari tagits bort, då 1992 var ett skottår vilket 211 inte var. Resultatet visas i Figur 14.

19 3 x 14 Förbrukning/nettoförbrukning [MW] Förbrukningens och nettoförbrukningens varaktighet [h] Figur 14 Varaktighetskurva för elförbrukning (överst) och nettoförbrukning (nederst) i Sverige. Baserat på elförbrukning för 211 och vinddata för Den översta kurvan i Figur 14 visar samma resultat som Figur 1, dvs varaktighetskurvan för elförbrukningen 211. Den maximala förbrukningen var MWh/h. Om man för varje timme beräknar nettoförbrukning (som ska klaras av andra kraftverk) så erhålls den nedre kurvan när man lägger timvärdena efter varandra i fallande storleksordning. För nettoförbrukningen är maxvärdet MWh/h, dvs en minskning med 1729 MWh/h. Minsta elförbrukningen är 8884 MW/h medan den minsta nettoförbrukningen är 692 MWh/h, dvs en minskning med 1982 MWh/h. Som framgår at figuren och dessa två data så är minskningen ungefär lika stor för samtliga nivåer. Det kan tilläggas att en årsproduktion om 1,2 TWh motsvarar en genomsnittlig produktion om 1157 MW. Det bör dock påpekas att man här tagit elförbrukning och vindkraft från olika år. Frågan är då hur representativa dessa data är när man i verkligheten ska ta elförbrukning och vindproduktion från samma tid. Den egentliga frågan är om det är någon korrelation, dvs samvariation, mellan elförbrukning och vind. Över året finns en positiv korrelation eftersom det både blåser mer och är högre elförbrukning under vintern. Frågan är dock hur det ser ut just vid hög elförbrukning. I Tabell 4 har vindkraftsproduktionen som använts ovan (Magnusson, 24) för åren 1992 studerats för de tillfällen då elkonsumtionen varit som högst för varje år. Datum och tidpunkt för högsta elförbrukning per år har hämtats från (Svensk Energi, ). Datum tid Maximal förbrukning [MW] Vindkraft [MW] Andel av installerad effekt [procent] ,9 11,5 4, , 11,7 41, ,8 28,4 99, ,1 32,8 114, ,8 13,8 48, ,1 48,5 17, , 56,3 197, ,7 2,6 72, * 26 52,5 13, 45, ,8 47,9 167,8 Genomsnittligt värde: 1137,9 28,4 99,7 Tabell 4: Vindkraftens tillgänglighet vid hög elförbrukning för åren Andel av årsgenomsnitt [procent]

20 Den genomsnittliga vindkraftsproduktionen vid 1 TWh/år är 1142 MW. Resultatet från denna studie är att genomsnittet vid hög förbrukning är ungefär densamma som årsgenomsnittet. Samma resultat har erhållits vid en annan studie av åtta tidigare elförbrukningstoppar, men då studerades endast vindkraftsproduktion i södra Sverige (Söder, 1987). Som framgår av denna tabell är den genomsnittliga vindkraftsproduktionen vid hög elförbrukning (1137,9 MWh/h) lägre än minskningen i exemplet i Figur 4 (1729 MWh/h). Det ska dock påpekas att det inte är exakt samma sak som visas i tabellen respektive figuren. I Tabell 4 visas endast en timme per år, medan Figur 14 studerar samtliga timmar under året. I princip skulle det kunna blåsa mycket vid den högsta elförbrukningen, men betydligt mindre vid den näst högsta elförbrukningsnivån. Därför är metoden som visas i Figur 14 bättre än den i Tabell 4. Metoden i Figur 14 för ett givet år och given vind aldrig ge ett större vindkraftsbidrag till minskad toppförbrukning än om man bara studerar ett tillfälle per år. Vad som även är centralt för driften av kraftsystemet är hur snabbt förändringar sker. Ett första steg är att studera hur vindkraften kan variera mellan olika timmar. Detta visas i Figur Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial vindkraft-produktion [MWh/h]: Initial vindkraft-produktion [MWh/h]: 1992 Figur 15: Vindkraftens variation under 1 timme (vänster) respektive 4 timmar (höger) Figur 15 visar att 4 MW vindkraft varierar upp till ungefär 3 MW mellan olika timmar och upp till ca 12 MW inom 4 timmar. I ett kraftsystem med större mängder vindkraft måste den övriga produktionen följa med nettokonsumtionens variation, se Figur 16. För enbart elförbrukningen, se Figur Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial netto-förbrukning [MWh/h] x Initial netto-förbrukning [MWh/h] x 1 4

21 Figur 16. Ändring av nettoförbrukning i Sverige under 1 timme (vänster) respektive 4 timmar (höger). Elförbrukningsdata från (Svenska Kraftnät, ) och 4 MW vindkraft för Data från (Magnusson, 24) I Figur 2 visades samtliga förbrukningsändringar för 211 för 1 respektive 4 timmar. I Figur 16 visas istället motsvarande netto förbrukningsändringar. Skillnaden för båda diagrammen är relativt liten. Detta beror på att vindkraftsproduktionen ofta är på relativt låg nivå (<3 MW under ca 94 procent av tiden, se Figur 13) och att vindkraften är spridd över hela landet och det sker därmed inte så stora förändringar inom en timme. 4 timmars förändringar kan dock vara något större. Observera att y axeln har ändrad skala om man jämför Figur 16 med Figur 2. En annan relevant fråga är hur länge som höga nivåer på nettoförbrukningen varar. För de data som analyserats här, dvs svenska elförbrukningen 211 och 4 MW vindkraft för 1992 erhålls längd på dessa höga nivåer enligt Figur 17. Den högsta nettoförbrukningen var MWh/h x nivå på effekttopp [MWh/h] längd på effekttopp [h] Figur 17: Utseende på netto effekttoppar som funktion av tiden. Som framgår av Figur 17 så har maximala nivån på netto förbrukningen minskat jämfört med enbart eförbrukningen i Figur 3. Maximala längden på effekttoppar för de sista 1 MW är 4 timmar Sol el El kan erhållas direkt från solinstrålning med solceller. Tekniken har funnits länge och har på senare år kommit ner ordentligt i kostnad jämfört med tidigare. Kostnaden kan under vissa förutsättningar i dagsläget ligga på ca 2 kr/kwh vilket är ett högre pris än t ex vindkraft eller dagens marknadspris. När det sjunker ytterligare kan det inom ett par år hamna på ungefär samma nivå som många konsumenter betalar för sin el, dvs marknadspris + skatter avgifter och nätkostnad. I ett sådant läge kan sol el komma att expandera starkt då det blir lönsamt för konsumenter att generera egen el. Mycket beror dock på skattesystem, möjligheter till så kallad netto debitering etc. Sol el står för närvarande för en mycket liten produktion i Sverige om man ser det ut hela nationens synvinkel. I Sverige fanns i slutet av ,8 MW solceller (IEA PVPS, 212). Motsvarande siffror var för Tyskland 2482 MW och för Italien 1283 MW (IEA PVPS, 212). Totalt fanns i hela världen ca 636 MW att jämför att i slutet av 29 var nivån 276 MW, dvs mer än en tredubbling på två år. Utvecklingen är därmed mycket snabb.

22 I denna rapport görs en uppskattning av hur en möjlig installation av större mängder solceller skulle ge för effektvariationer. För detta har data funnits tillgängligt från 11 platser i Sverige. Data har erhållits från SMHI och avser solinstrålningsvärden per timme för åren Erhållna soldata avser genomsnittlig effekt per timme över en horisontell yta [Wh/h/m 2 ] för global och diffus strålning. Dessutom har erhållits temperaturdata och vinddata. De två sistnämnda är viktiga eftersom vanliga solceller verkningsgrad minskar vid ökad temperatur. Man kan formulera samma slutsats som att verkningsgraden ökar vid lägre temperatur, dvs mycket sol en sval blåsig dag i maj kan mycket väl ge mer el än en mycket varm och stilla dag i juli. Dessa data finns dock enbart för var tredje timme. Här har antagits linjär interpolation för att få fram temperatur och vind data för varje enskild timme. De data som används är de för 1999 då kvalitén varit bäst. Dock har inte alla datapunkter funnits med. I de fall de inte funnits har samma soldata som timmen innan antagits, respektive samma temperaturdata som datapunkten innan, dvs 3 timmar innan. För vissa platser har kvalitén varit för dålig så dessa data har inte använts. För Lund användes temperaturdata för Malmö. Stockholms data var för dåliga. I Tabell 5 sammanställs data för de platser som data erhållits från. I grundexemplet har här antagits att det finns lika stor yta med solceller på samtliga ställen. I tabellen visas även maximal effekt per kvadratmeter med användandet av soleffektberäkning enligt nedan, samt även maximal effekt med en antagen yta så att 1 TWh sol el erhålls per år. Plats 1:Lund 2:Växjö 3 Visby 4 Norrköping Max W/kvm 96,2 91,3 9,51 91,43 Max MW Plats 5 Karlstad 6 Borlänge 7 Frösön 8 Umeå Max W/kvm 9,83 88,84 84,88 88,18 Max MW Plats 9 Luleå Summa Max W/kvm 87,82 Max MW Tabell 5: 9 platser med solel i Sverige. Elproduktionen från en solkraftsanläggning beror på solinstrålning, yta och verkningsgrad på solceller vilket är en funktion bland annat av temperatur på solcellerna. Temperaturen på solcellerna beror på uppvärmning från solen och även på kylningen vilken beror på bland annat utetemperatur och kylning från vinden. Här har antagits att erhållen elproduktion per timme kan beräknas enligt följande formel (Widén, 211): Pk ( ) AI ( k) ( k) T c add där A=solcellernas area, I T (k)=solinstrålning [W/m2], η c (k)=solcellernas effektivitet, η add = effektivitet i övriga delar, t ex omriktare. Solcellernas

23 effektivitet beror på omgivande temperatur enligt (Beckman, 1991), (Widén, 211): c( k) c, STC 1 ( Ta( k) Tc, STC CIT( k)) där η c,stc = solcellernas effektivitet vid Standard Test Conditions, STC, μ= solcellernas temperaturkoefficient, T c,stc = solcellernas temperatur vid STC och C=koefficient för instrålningsberoende. Modellparametrar har satts till a representera ett system med solceller med kristallint kisel och en standard omriktare (Widén, 211): (η add =.8, η c,stc =.14, μ=.4%/ C, T c,stc = 25 C, C= 2,8% per C) Totalt erhålls med dessa antaganden en installerade effekt om 1657 MW (se Tabell 5) för att erhålla en årsproduktion om 1 TWh. Som jämförelse kan nämnas att detta är mindre än hälften av den mängd solceller som för närvarande finns i Tyskland. Varaktighetskurvan för total solel i Sverige visas i Figur 18. Som framgår av figuren sker en viss sammanlagring av solcellseffekten, dvs maximal erhållen total produktion (785 MW) är lägre än totalt installerad effekt (1657 MW). Detta beror på att max effekt inte inträffar samtidigt vid de olika ställena Total solkraft [MW] Soleffektens varaktighet = hur lång tid viss nivå överskrids [h]: 1999 Figur 18 Varaktighetskurva för total solelsproduktion från 1657 MW solceller i Sverige. Solelen produceras huvudsakligen under vår sommar höst, dvs inte så mycket på vintern. Av intresse för kraftsystemet är, på samma sätt som för vindkraft, hur solkraften samvarierar med elkonsumtionen. Om man antar att man har 211 års konsumtion och 1999 års solkraftsproduktion kan man beräkna detta. Resultatet visas i Figur 19.

24 3 x Förbrukning/nettoförbrukning [MW] Förbrukningens och nettoförbrukningens varaktighet [h] Figur 19 Varaktighetskurva för elförbrukning (överst) och nettoförbrukning (nederst) i Sverige. Baserat på elförbrukning för 211 och soldata för Den översta kurvan i visar samma resultat som Figur 1, dvs varaktighetskurvan för elförbrukningen 211. Den maximala förbrukningen var MWh/h. Om man för varje timme beräknar nettoförbrukning (som ska klaras av andra kraftverk) så erhålls den nedre kurvan när man lägger timvärdena efter varandra i fallande storleksordning. För nettoförbrukningen är maxvärdet MWh/h, dvs en minskning med 436 MWh/h. Minsta elförbrukningen är 8884 MW/h medan den minsta nettoförbrukningen är 4541 MWh/h, dvs en minskning med 4343 MWh/h. Som framgår av figuren och dessa två data så är minskningen betydligt större vid låga förbrukningsnivåer än vid höga. Det kan tilläggas att en årsproduktion om 1 TWh (dvs solkraftens årsproduktion) motsvarar en genomsnittlig produktion om 1142 MW. Vad som även är centralt för driften av kraftsystemet är, på samma sätt som med och utan vindkraft, hur snabbt förändringar sker, se Figur 2. För enbart elförbrukningen, se Figur Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial netto-förbrukning [MWh/h] x Initial netto-förbrukning [MWh/h] x 1 4 Figur 2. Ändring av nettoförbrukning i Sverige under 1 timme (vänster) respektive 4 timmar (höger). Elförbrukningsdata från (Svenska Kraftnät, ) och 1657 MW sol kraft för Data från SMHI.

25 I Figur 2 visades samtliga förbrukningsändringar för 211 för 1 respektive 4 timmar. I Figur 2 visas istället motsvarande netto förbrukningsändringar med solkraft. Skillnaden på en timmes variation är relativt liten Andra tekniker för förnybar produktion och balansering I denna upplaga kommer enbart möjligheterna har få större energibidrag från vind och solkraft att studeras. Andra tekniker som kommer studeras senare inkluderar Vågkraft, där det finns ny teknisk utveckling på aggregatsnivå Värmekraft, vilket inkluderar biobränslebaserad kraftvärme (småskalig och storskalig), samt kondenskraft Elbilar, vilket ökar elkonsumtionen men kan också bidra till flexibilitet Smarta elnät, vilket inkluderar att kunder kan vara flexible och använda mindre el vid vissa tillfällen då det är fördelaktigt ur elsystemets synvinkel. Effektivare energianvändning, vilket kan minska elförbrukningen. Beroende på teknik så inverkar det vid vilka timmar och hur mycket som elförbrukningen minskar. Elhandel med grannländer, vilket innebär att variationer från elförbrukning, vindkraft och solkraft sammanlagras över ett större område vilket ger mindre relativa nettovariationer. Dock innebär detta också större elhandelsvolymer mellan de olika områdena. 4. Energi och effektbalanser vid 55 TWh vind + sol kraft I detta avsnitt kommer ett exempel med 45 TWh vindkraft och 1 TWh solkraft studeras, dvs totalt 55 TWh variabel förnybar kraft. Detta är ungefär samma produktionsnivå som kärnkraft + vindkraft hade under 29 21, se Tabell 1. För vindkraften motsvarar detta 18 MW, vilket innebär ungefär samma vindkrafts täthet (MW/km 2 ) som i dagens Spanien och Portugal, medan den blir ungefär hälften så stor som i dagens Danmark och Tyskland, se Tabell 6. 1 TWh solkraft motsvarar en installerad effekt om 1657 MW, med en max produktion om 785 MW, se avsnitt 3.2. Land Vindkraft [MW] Yta [km 2 ] Täthet MW/km 2 Danmark ,898 Tyskland ,815 Spanien ,429 Portugal ,444 Sverige 18 (i denna studie) ,4 Tabell 6 Mängden vindkraft i olika länder, landytor från (Nationalencyklopedien), vindkraftdata från (EWEA, 212) Enbart de år som studerats tidigare kommer analyseras, dvs 211 för elförbrukningen, 1992 för vindkraften och 1999 för solkraften. Syftet med dessa studier är att få en strukturell förståelse för problematiken samt även se storleksordningen av olika utmaningar Energibalans varaktighetskurvor Med större mängd sol och vindkraft måste den övriga energiproduktionen följa nettovariationen, dvs skillnaden mellan elförbrukningen och summan av vind och sol kraftsproduktion.

26 3 x Effektnivå [MW] Antal timmar som elförbrukningen/nettoförbrukningen överskrids [h] Figur 21 Varaktighetskurvor för elförbrukningens (överst) och nettoförbrukningens (nederst). Nettoförbrukningen består av elförbrukningen (data från 211), 45 TWh vindkraft (data från 1992) och 1 TWh solkraft (1 TWh). Figur 21 visar hur nettoförbrukningen ändras för en given nivå på förbrukning, vindkraft och solkraft. Denna nettoförbrukning måste därmed täckas av annan produktion. Som framgår av figuren så är nettoförbrukningen negativ under en del av året. Nettoförbrukningen är under noll, dvs export, under 2h. Energimängden för dessa timmar motsvarar en export om,325 TWh. För denna specifika kombination av förbrukning, sol och vind kraft minskade toppförbrukningen från MW till MW, dvs en minskning med 4499 MW. Man kan dock inte räkna med att denna minskning gäller varje år, se avsnitt Effektvariationer Utmaningen i samtliga kraftsystem är att på ett tillförlitligt sätt hålla balansen mellan produktion och konsumtion. Detta innebär att man både måste klara alla olika förbrukningsnivåer, men också förändringen mellan olika situationer. I Figur 2 visades hur enbart elförbrukningen varierade mellan olika timmar respektive under 4 timmar. Samma typ av figur kan tas fram för nettoförbrukningen när man har beaktat 45 TWh vindkraft och 1 TWh sol kraft. Resultatet visas i Figur x Ändring inom 1 timme [MWh/h] Ändring inom 4 timmar [MWh/h] Initial netto-förbrukning [MWh/h] x Initial netto-förbrukning [MWh/h] x 1 4 Figur 22 Ändring av nettoförbrukningen vid 45 TWh vindkraft och 1 TWh solkraft inom 1h (vänster) och 4h (höger)

27 Som framgår av Figur 22 så är nettovariationen från timme till timme upp till ca 3 MW ibland men oftast under 2 MW (95% av tiden). Inom 4 timmar är variationen större, upp till ca 8 MW men oftast under ca 6 MW. Är detta mycket eller lite? Om man jämför med enbart elförbrukningen i Figur 2 så är det en ökning av ändringarna från timme till timme med knappt 1 MW och med drygt 15 MW för ändringar inom 4 timmar. Det bör här påpekas att oftast är ändringarna betydligt mindre. Om man jämför Figur 22 (nettoförbrukningens variation med 55 TWh vind och sol kraft) med hur vattenkraftens har körts i Figur 1 och Figur 11, så ser man att nettoförbrukningsändringarna är av samma storleksordning som faktisk vattenkraftsdrift under 28. Det kan tilläggas att förutom motbalansering med vattenkraft så finns andra kraftslag att tillgå och även elhandel som i praktiken har visat sig kunna variera, se Figur 7 och Figur 8. Storleksordningen på variationer visar inte på några dramatiska förändringar. Däremot behöver mer detaljerade simuleringar genomföras innan man kan säga exakta hur det förhåller sig med hur man på ett rationellt sätt ska hålla balansen. De förändringsdiagram som visats avser, t ex, hela år, medan man i verkligheten bör titta på kortare perioder Effektbalanser Som framgår av Figur 21 så har 55 TWh vindkraft + solkraft (installerade effekt = MW) medfört en minskning av behovet av annan kapacitet under högsta förbrukningen med 4499 MW MW motsvarar 15,7% av den installerade effekten MW. Antag att man istället skulle få dessa 55 TWh från kärnkraft. Frågan är då hur mycket denna kärnkraft bidrar med effekttillskott under hög elförbrukning. Tabell 7 visar kärnkraftens tillgänglighet vid de 1 senaste elförbrukningstopparna. Datum timme Topplast [MW] Kärnkraft [MW] Andel av installerad effect [%] Andel av årsmedel [%] Årlig prod. [TWh] Årsmedel [MW] Installerad effekt [MW] ,6% 118,2% 65,5 7477, ,6% 11,2% , ,3% 12,7% 69,8 7968, ,6% 12,3% , ,1% 96,5% 64,3 734, ,7% 128,6% 61,3 6997, ,6% 153,1% 5 577, ,1% 93,4% 5 577, ,% 136,9% 55,6 6347, ,7% 119,8% , 9363 Genomsnittligt värde 8215,8 89,3% 118,% 61,5 714,8 Tabell 7 Svensk kärnkrafts tillgänglighet vid 1 elförbruknings toppar. Elförbrukningstoppar per år från (Svensk Energi, ), kärnkraftens produktion från (Svenska Kraftnät, ) Med 55 TWh kärnkraft per år så motsvarar detta en medeleffekt om 6279 MW. Den genomsnittliga tillgängligheten vid hög elförbrukning blir då, om man använder data från Tabell 7, 118% av detta, dvs 748 MW. Detta bidrag till toppeffekten är därmed =291 MW högre än för motsvarande mängd energi från sol + vindkraft.